Begriff Energiezelle

Begriff Energiezelle

Definition

von der Umge­bung abge­grenz­tes und gleich­zei­tig über Schnitt­stel­len ver­bun­de­nes Ener­gie­sys­tem aus mit­tels Sek­tor­kopp­lung ver­bun­de­nen Kom­po­nen­ten der Ener­gie­infra­struk­tur (1) ver­schie­de­ner Ener­gie­for­men (2), deren Funk­tio­nen ein auto­no­mes Ener­gie­zel­len­ma­nage­ment (3) mit Opti­mie­rung von Erzeu­gung und Ver­brauch im Sys­tem über alle vor­han­de­nen Ener­gie­for­men in Ver­bin­dung mit dem Aus­tausch von Pro­duk­ten und Dienst­leis­tun­gen über bidi­rek­tio­na­le Flüs­se von Ener­gie und Infor­ma­ti­on zu phy­si­ka­li­schen Nach­bar­zel­len sowie zu nicht loka­len defi­nier­ten vir­tu­el­len Markt­zel­len (4) ermöglichen

Quel­le: Kieß­ling, A., & Arndt, S. (2020); von VDE ETG/ITG AK Ener­gie­ver­sor­gung 4.0 abge­lei­te­te und erwei­ter­te Definition

Eng­li­sches Glos­sar: ener­gy cell

Abkür­zung: kei­ne

Bemer­kung:

(1) Zur Ener­gie­infra­struk­tur wer­den alle Betriebs­mit­tel (Assets: Schicht A) gezählt, die zur Wand­lung von Ener­gie, zu deren Trans­port und Ver­tei­lung sowie zur Spei­che­rung ein­ge­setzt werden.

(2) Ener­gie­for­men umfas­sen u.a. Elek­tri­zi­tät, Gas, Wär­me und Ener­gie­trä­ger für Mobilität.

(3) Zum Ener­gie­zel­len­ma­nage­ment zäh­len alle Schnitt­stel­len der Sys­tem­nut­zer (Schicht D), Betriebs­füh­rung- und Leit­tech­nik­kom­po­nen­ten (Schicht C) sowie Digi­ta­li­sie­rungs­kom­po­nen­ten (Schicht B) mit Unter­stüt­zungs­funk­tio­nen (Basis­kom­po­nen­ten), Mess- und Steu­er­ein­rich­tun­gen (Zugriffs­kom­po­nen­ten) sowie gesi­cher­te Kommunikationskomponenten

(4) Ener­gie­zel­len kön­nen zu umfas­sen­de­ren Ener­gie­zel­len ver­bun­den wer­den. Es gibt somit Zel­len auf der glei­chen Stu­fe sowie auf über­ge­la­ger­ten und unter­la­ger­ten Stufen.

Beziehungen

• Ener­gie­zel­le hat Ober­be­griff intel­li­gen­tes Energiesystem
• Ener­gie­zel­le hat Unter­be­griff Nano­en­er­gie­sys­tem
• Ener­gie­zel­le hat Unter­be­griff Mikro­en­er­gie­sys­tem
• Ener­gie­zel­le hat Unter­be­griff Meso­en­er­gie­sys­tem
• Ener­gie­zel­le hat Unter­be­griff Makro­en­er­gie­sys­tem
• Ener­gie­zel­le hat Unter­be­griff Super­ener­gie­sys­tem

Weitere Erläuterungen zum Begriff Energiezelle

Begriff und Hauptfunktionen

Der Begriff umfasst ein von der Umge­bung abge­grenz­tes als auch über Schnitt­stel­len ver­bun­de­nes Sys­tem aus Erzeu­gern, Spei­chern, Ver­brau­chern und Net­zen der Ener­gie­for­men Strom, Wär­me und Gas sowie auch wei­te­rer Infra­struk­tu­ren der Kom­mu­ni­ka­ti­on und Logis­tik. Ihre Funk­tio­nen erlau­ben das auto­no­me Manage­ment mit Opti­mie­rung von Ange­bot und Nach­fra­ge über alle Ener­gie­for­men inner­halb des Sys­tems in Ver­bin­dung mit dem Aus­tausch von Pro­duk­ten und Dienst­leis­tun­gen zu Ener­gie und Infor­ma­ti­on über die Sys­tem­gren­zen hin­aus zu Nach­barn sowie zu regio­na­len und über­re­gio­na­len Märkten.

Motivation zum Vorschlag eines zellulären Energiesystems im Projekt C/sells

Das erneu­er­ba­re Ener­gie­sys­tem ent­wi­ckelt sich dezen­tra­ler und viel­fäl­ti­ger mit höhe­rem Grad an auto­no­mer Eigen­ge­stal­tung in Gebäu­den, Quar­tie­ren, Area­len und Regio­nen, wor­aus zuneh­men­de Kom­ple­xi­tät resul­tiert. Wach­sen­de Kom­ple­xi­tät birgt auch Gefah­ren und kann in das Cha­os füh­ren. Aber Wis­sen­schaft und Tech­nik zei­gen uns den Weg aus dem Dilem­ma, die Zer­le­gung eines Gesamt­sys­tems in auto­no­me und gleich­zei­tig ver­bun­de­ne Teil­sys­te­me. Pro­jek­te wie Modell­stadt Mann­heim und C/sells nen­nen die­se Teil­sys­te­me Zel­len. Das zel­lu­lä­re Archi­tek­tur­kon­zept ist somit tech­ni­sche Not­wen­dig­keit zur Beherr­schung eines kom­ple­xen Sys­tems. Es bie­tet aber eben­so neue, viel­fäl­ti­ge Mög­lich­kei­ten zur Gestal­tung des Ener­gie­sys­tems und wird somit wie­der­um zur Grund­la­ge von Par­ti­zi­pa­ti­on. Der Begriff Zel­le wird sowohl auf bekann­te regu­lier­te Struk­tu­ren wie Regel­zo­nen oder Ver­teil­net­ze als auch auf neue Zell­ty­pen wie Gebäu­de, Quar­tie­re, Area­le oder Zusam­men­schlüs­se von Akteu­ren in der Ener­gie-Com­mu­ni­ty angewendet.

Es gilt eine Orga­ni­sa­ti­ons­struk­tur zu ent­wi­ckeln, die

• auf der tech­ni­schen Ebe­ne die Koor­di­na­ti­on der vie­len dezen­tra­len Erzeu­gungs- und Spei­cher­an­la­gen sowie Ver­brau­cher durch auto­no­me Funk­tio­nen ermög­licht sowie die Erhal­tung der Sta­bi­li­tät im Gesamt­sys­tem durch die Bereit­stel­lung geeig­ne­ter Koor­di­na­ti­ons­in­stru­men­te garan­tiert (z.B. Flexibilitätsplattform),
• auf einer sozi­al-öko­lo­gi­schen Ebe­ne Gestal­tungs- und Betei­li­gungs­mög­lich­kei­ten für Ein­zel­per­so­nen, Lie­gen­schaf­ten und Com­mu­ni­ties eröff­net und für die gerech­te Ver­tei­lung von Kos­ten und Las­ten zwi­schen den Regio­nen und den Akteu­ren der Bun­des­re­pu­blik sowie im euro­päi­schen Ver­bund sorgt.

Einer­seits besteht wei­ter­hin die von oben nach unten geglie­der­te, hier­ar­chi­sche Struk­tur von Regel­zo­nen und Ver­teil­net­zen als Zel­len, die zukünf­tig mit geteil­ter Sys­tem­ver­ant­wor­tung im Rah­men der Abstim­mungs­kas­ka­deorga­ni­siert wird. Gleich­zei­tig schlägt C/sells eine von unten nach oben dezen­tral orga­ni­sier­te Struk­tur vor, die in Zel­len wie Gebäu­den, Quar­tie­ren, Area­len und Com­mu­ni­ties zuge­hö­ri­ge Erzeu­ger, Spei­cher und Ver­brau­cher als auto­nom orga­ni­sier­te Ener­gie­sys­te­me zusam­men­ge­fasst. Hier­zu ermög­licht C/sells den Regio­na­li­sier­ten Han­del für Ener­gie und Fle­xi­bi­li­tät. Die­se auto­no­men Zel­len sind digi­tal ver­netzt und inte­grie­ren sich mit­tels des Infra­struk­tur-Infor­ma­ti­ons­sys­tems als C/sells-Basis­in­stru­ment der Digi­ta­li­sie­rung in das bestehen­de Energieverbundsystem.

Inner­halb eines über­ge­ord­ne­ten recht­li­chen Rah­mens mit gemein­sa­men Regeln erhal­ten die­se Teil­sys­te­me ver­schie­de­ne Optio­nen der Teil­nah­me am Ver­bund­sys­tem. So koope­rie­ren alle Ebe­nen und die Teil­sys­te­me über­neh­men Funk­tio­nen und Auf­ga­ben heu­ti­ger zen­tra­ler Struk­tu­ren. Die­se Orga­ni­sa­ti­ons­struk­tur nen­nen wir in C/sells zel­lu­lä­re Orga­ni­sa­ti­on. Zel­len besit­zen dabei fol­gen­de Funktionen:

• Sie über­neh­men die Ver­ant­wor­tung für das Manage­ment von zum eige­nen Bedarf benö­tig­ter Ener­gie und Flexibilität.
• Ener­gie und Fle­xi­bi­li­tät wird eben­so extern am Ener­gie­markt sowie zur Unter­stüt­zung der Net­ze und des Gesamt­sys­tems bereitgestellt.
• Dabei kön­nen neben dem vor­ran­gi­gen Aus­gleich von Erzeu­gung und Ver­brauch inner­halb der Zel­le auch regio­na­le Ener­gie­pro­duk­te zwi­schen den Zel­len und zum Aus­tausch zwi­schen Nach­barn ange­bo­ten werden.
• Im Not­fall funk­tio­nie­ren Zel­len im Insel­netz­be­trieb und unter­stüt­zen beim Netzwiederaufbau.
• Die Mög­lich­keit zur Aggre­ga­ti­on von Daten für über­ge­la­ger­te Ebe­nen unter­stützt die Zie­le zum Daten­schutz und zur Datensparsamkeit.

Abbil­dung: Bildunterschrift

Verweise

[Kieß­ling, A., & Arndt, S. (2020)] SIN­TEG-Pro­jekt C/sells / DKE/DIN GAK 111.0.5. Draft zu Public available spe­ci­fi­ca­ti­on (PAS) Ter­mi­no­lo­gie „Zel­lu­lä­res, intel­li­gen­tes Ener­gie­sys­tem. Frank­furt, April 2020

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